Cours sur le Bassin versant

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CHAPITRE 2
LE BASSIN VERSANT ET SON COMPLEXE
2.1 Définition du bassin versant
Le bassin versant représente, en principe, l'unité géographique sur laquelle se base l'analyse du cycle
hydrologique et de ses effets.
Plus précisément, le bassin versant qui peut être considéré comme un " système " est une surface élémentaire
hydrologiquement close, c'est-à-dire qu'aucun écoulement n'y pénètre de l'extérieur et que tous les excédents de
précipitations s'évaporent ou s'écoulent par une seule section à l'exutoire.
Le bassin versant en une section droite d'un cours d'eau, est donc défini comme la totalité de la surface
topographique drainée par ce cours d'eau et ses affluents à l'amont de cette section. Il est entièrement
caractérisé par son exutoire, à partir duquel nous pouvons tracer le point de départ et d'arrivée de la ligne de
partage des eaux qui le délimite.
Généralement, la ligne de partage des eaux correspond à la ligne de crête. On parle alors de bassin versant
topographique.
Fig. 2.1 - Bassin versant topographique de la Haute-Mentue (Suisse) et emplacements sous-bassins
Toutefois, la délimitation topographique nécessaire à la détermination en surface du bassin versant naturel n'est
pas suffisante. Lorsqu'un sol perméable recouvre un substratum imperméable, la division des eaux selon la
topographie ne correspond pas toujours à la ligne de partage effective des eaux souterraines (voir Fig. 2.2). Le

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bassin versant est alors différent du bassin versant délimité strictement par la topographie. Il est appelé dans ce
cas bassin versant réel.
Cette différence entre bassins réel et topographique est tout particulièrement importante en région karstique.
Lorsque l'on s'intéresse au ruissellement, la délimitation du bassin versant doit aussi tenir compte des barrières
artificielles (routes, chemins de fer, etc.). En effet, l'hydrologie du bassin versant, et notamment la surface
drainée, peuvent être modifiées par la présence d'apports latéraux artificiels (réseaux d'eaux usées ou potables,
drainages, routes, pompages ou dérivations artificielles modifiant le bilan hydrologique).
Fig. 2.3 - Exemples de modifications de la délimitation du bassin versant suite à la mise en place d'un réservoir et la
construction d'une route
Il convient donc également de définir, en plus des délimitations topographiques, les limites souterraines de ce
système. De plus, il est aussi nécessaire de tenir compte des effets anthropiques relatifs aux eaux du système.
2.2 Comportement hydrologique
L'analyse du comportement hydrologique d'un bassin versant (système hydrologique) s'effectue le plus souvent
par le biais de l'étude de la réaction hydrologique du bassin face à une sollicitation (la précipitation). Cette
réaction est mesurée par l'observation de la quantité d'eau qui s'écoule à l'exutoire du système. La représentation

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graphique de l'évolution du débit Q en fonction du temps t constitue un hydrogramme de crue. La réaction du
bassin versant peut également être représentée par un limnigramme qui n'est autre que la représentation de la
hauteur d'eau mesurée en fonction du temps.
La réaction hydrologique d'un bassin versant à une sollicitation particulière (Fig. 2.4) est caractérisée par sa
vitesse (temps de montée t m , défini comme le temps qui s'écoule entre l'arrivée de la crue et le maximum de
l'hydrogramme) et son intensité (débit de pointe Q max , volume maximum V max , etc.). Ces deux
caractéristiques sont fonction du type et de l'intensité de la précipitation qui le sollicite mais aussi d'une variable
caractérisant l'état du bassin versant : le temps de concentration des eaux sur le bassin.
Fig. 2.4 - Principes d'analyse du comportement hydrologique du bassin versant et hydrogramme résultant.
La figure 2.5 fourni un exemple d'hydrogramme de crue résultant d'un hyétogramme donné. Le hyétogramme est
la courbe représentant l'intensité de la pluie en fonction du temps.
Fig. 2.5 - Exemple de réaction hydrologique pour le bassin versant de Bois-Vuacoz (Haute-Mentue)

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2.2.1 Le temps de concentration
Le temps de concentration tc des eaux sur un bassin versant se définit comme le maximum de durée nécessaire
à une goutte d'eau pour parcourir le chemin hydrologique entre un point du bassin et l'exutoire de ce dernier.
Il est composé de trois termes différents :
_ th : Temps d'humectation. Temps nécessaire à l'imbibition du sol par l'eau qui tombe avant qu'elle ne ruisselle.
_ tr : Temps de ruissellement ou d'écoulement. Temps qui correspond à la durée d'écoulement de l'eau à la
surface ou dans les premiers horizons de sol jusqu'à un système de collecte (cours d'eau naturel, collecteur).
_ ta : Temps d'acheminement. Temps mis par l'eau pour se déplacer dans le système de collecte jusqu'à
l'exutoire.
Le temps de concentration tc est donc égal au maximum de la somme de ces trois termes, soit :
Théoriquement on estime que t c est la durée comprise entre la fin de la pluie nette et la fin du ruissellement (cf.
chapitre 11). Pratiquement le temps de concentration peut être déduit de mesures sur le terrain ou s'estimer à
l'aide de formules le plus souvent empiriques.
2.2.2 Les courbes isochrones
Les courbes isochrones représentent les courbes d'égal temps de concentration des eaux sur le bassin versant.
Ainsi, l'isochrone la plus éloignée de l'exutoire représente le temps mis pour que toute la surface du bassin
versant contribue à l'écoulement à l'exutoire après une averse uniforme (Fig. 2.6). Le tracé du réseau des
isochrones permet donc de comprendre en partie le comportement hydrologique d'un bassin versant et
l'importance relative de chacun de ses sous-bassins.
Fig. 2.6 - Représentation d'un bassin avec ses lignes isochrones et diagramme surface-temps de concentration du
bassin par élément de surface. On remarquera la forme des isochrones au voisinage des éléments constitutifs du
réseau hydrographique.
Ces courbes permettent de déterminer, en faisant certaines hypothèses, l'hydrogramme de crue résultant d'une
pluie tombée sur le bassin.
2.3. Caractéristiques physiques et leurs influences sur l'écoulement
des eaux.
Les caractéristiques physiographiques d'un bassin versant influencent fortement sa réponse hydrologique, et
notamment le régime des écoulements en période de crue ou d'étiage. Le temps de concentration t c qui, on l'a
vu, caractérise en partie la vitesse et l'intensité de la réaction du bassin versant à une sollicitation des

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précipitations, est influencé par diverses caractéristiques morphologiques : en premier lieu, la taille du bassin (sa
surface), sa forme, son élévation, sa pente et son orientation. A ces facteurs s'ajoutent encore le type de sol, le
couvert végétal et les caractéristiques du réseau hydrographique. Ces facteurs, d'ordre purement géométrique ou
physique, s'estiment aisément à partir de cartes adéquates ou en recourant à des techniques digitales et à des
modèles numériques.
2.3.1 Les caractéristiques géométriques
2.3.1.1 La surface
Le bassin versant étant l'aire de réception des précipitations et d'alimentation des cours d'eau, les débits vont être
en partie reliés à sa surface.
La surface du bassin versant peut être mesurée par superposition d'une grille dessinée sur papier transparent,
par l'utilisation d'un planimètre ou, mieux, par des techniques de digitalisation.
2.3.1.2 La forme
La forme d'un bassin versant influence l'allure de l'hydrogramme à l'exutoire du bassin versant. Par exemple, une
forme allongée favorise, pour une même pluie, les faibles débits de pointe de crue, ceci en raison des temps
d'acheminement de l'eau à l'exutoire plus importants. Ce phénomène est lié à la notion de temps de
concentration.
En revanche, les bassins en forme d'éventail (bv 1 ), présentant un temps de concentration plus court (t c1 ),
auront les plus forts débits de pointe, comme le montre la figure suivante :
Fig. 2.7 - Influence de la forme du bassin versant sur l'hydrogramme de crue
Il existe différents indices morphologiques permettant de caractériser le milieu, mais aussi de comparer les
bassins versants entre eux. Citons à titre d'exemple l'indice de compacité de Gravelius (1914) K G , défini comme
le rapport du périmètre du bassin au périmètre du cercle ayant la même surface :